Контур, регулирующий жажду, расположен в области мозга, называемой субфорным органом (SFO). «Мы рассматриваем SFO как выделенную цепь, состоящую из двух элементов, которые, вероятно, взаимодействуют друг с другом для поддержания идеального баланса, поэтому вы пьете, когда вам нужно, и не пьете, когда вам это не нужно», — говорит Чарльз Цукер. , исследователь HHMI в Колумбийском университете, который руководил исследованием. Таким образом, контур гарантирует, что животные потребляют необходимое количество жидкости для поддержания кровяного давления, электролитного баланса и объема клеток.
Эта работа, подготовленная докторантом Юки Ока, была опубликована 26 января 2015 года в журнале Nature.Лаборатория Цукера в первую очередь интересуется биологией вкуса. Их исследования определили рецепторы пяти основных вкусов (сладкий, кислый, горький, уамми и соленый) и показали, что нервная система использует несколько путей для восприятия соли и реакции на нее. Эти схемы гарантируют, что соль будет привлекательна для людей в низких концентрациях, но не в высоких концентрациях. «Таким образом вкусовая система регулирует потребление соли, что очень важно для гомеостаза соли в организме», — говорит Ока. «Но это только одна сторона медали.
Потребление соли должно быть сбалансировано потреблением воды».Ученые знали, что за управление потреблением воды животным должен отвечать другой механизм. «Нет никаких изменений концентрации для воды — вода есть вода», — говорит Ока. «Но когда вы хотите пить, вода действительно привлекательна». Цукер и Ока решили определить, как мозг регулирует мотивацию пить.Они начали свои поиски в области мозга, известной как SFO, которая проявляет повышенную активность у обезвоженных животных.
SFO — одна из немногих областей мозга, расположенных за пределами гематоэнцефалического барьера, что означает, что она имеет прямой контакт с жидкостями организма. «У этих клеток может быть возможность напрямую определять баланс электролитов в жидкостях организма», — отмечает Цукер.Прошлые эксперименты, в которых исследователи электрически стимулировали различные окжелудочковые органы мозга мышей, включая SFO, дали противоречивые результаты. Ока хотела выяснить, были ли в SFO специфические клетки, вызывающие алкогольное поведение.
Анализируя генетические маркеры, он идентифицировал три различных типа клеток в SFO: один набор возбуждающих клеток, один набор тормозных клеток и третью популяцию поддерживающих клеток, известных как астроциты.«Если эти нейроны действительно опосредуют ключевые аспекты мотивации к употреблению алкоголя, то их активация должна вызывать активное употребление алкоголя, независимо от степени насыщения жидкостью», — говорит Цукер. «И если вы заставите замолчать эти группы населения, вы должны подавить мотивацию пить, даже если вы очень хотите пить».Чтобы проверить эти прогнозы, Ока ввел светочувствительный белок в клетки SFO, что позволило ученым выборочно активировать эти клетки у мышей.
Затем, используя синий свет лазера, они включили возбуждающие клетки в SFO мышей, которые уже много выпили. Результаты были впечатляющими.
«Есть животное, которое счастливо бродит вокруг, не проявляя никакого интереса к питью. Вы активируете эту группу возбуждающих нейронов, и она просто направляется к источнику воды», — говорит Цукер. «Пока горит свет, эта мышь продолжает пить». Животные не интересовались другими жидкостями, но жадно пили воду в течение длительных периодов времени, потребляя до восьми процентов веса своего тела.
Ока отмечает, что для человека это будет примерно 1,5 галлона воды.«Это очень интересно, — говорит Цукер. «Эта схема информирует и направляет мышь в сложную программу действий и поведения:« Я хочу пить. Мне нужно определить источник воды.
Я должен идти туда, где есть вода. Я должен начать потреблять эту воду, и я должен продолжать, пока этот сигнал не будет подавлен ".Следующим шагом было тестирование действия тормозных нейронов в SFO.
Когда Ока включил эти клетки у жаждущих животных, мыши уменьшили потребление воды примерно на 80 процентов. Активация ингибирующих клеток не повлияла на интерес животных к пище или соли, что указывает на то, что нейроны специфически регулируют потребление воды.
По словам ученых, две группы клеток работают вместе, чтобы реагировать на изменение уровня гидратации и поддерживать баланс жидкости. «Вы можете представить, что это должна быть очень жестко контролируемая петля обратной связи», — говорит Цукер. «По мере потребления жидкости баланс электролитов меняется, и это чувствуется».Цукер также указывает, что «поведение мыши не зависит от обучения, опыта или контекста», указывая на то, что цепь регулирования жажды жестко встроена в мозг. Мингю Е, еще один научный сотрудник лаборатории Цукера, также участвовал в исследовании.
Юки Ока недавно получил должность доцента Калифорнийского технологического института.